Метрология, стандартизация и технические измерения

№ 585 
московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 
^ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра теплофизики и экологии металлургического производства 

МЕТРОЛОГИЯ, СТАНДАРТИЗАЦИЯ И 
ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ 

Лабораторный практикум 

для студентов специальностей 110300, 110500, 110700 и 330200 

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом института в качестве учебного пособия 

МОСКВА 2001 

УДК 536.6.08 
М54 

М 54 
Авторы: A.M. Беленький, В.Ф. Бердышев, С.А. Герасименко, 
Р.Э. Найденов, СВ. Семянников, КС. Шатохин. 

Метрология, стандартизация и технические измерения: Лабораторный 
практикум 
/ 
A.M. Беленький, 
В.Ф. Бердышев, 
С.А. Герасименко, Р.Э. Найденов, СВ. Семянников, К.С. Шатохин. М.:МИСиС,2001.-89с. 

В каждой лабораторной работе приведены: краткие теоретические 
сведения; указания по выполнению экспериментов; контрольные вопросы и 
задачи, предназначенные для проверки усвоения материала. 

Лабораторный практикум предназначен для студентов специальности 110300 «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей», изучающих курс «Метрология, стандартизация и технические измерения», а также специальностей 110500 и 110700 «Металловедение и термическая обработка металлов», изучающих курс «Автоматизация нагрева и контрольно-измерительные приборы», и специальности 330200 «Инженерная 
защита окружающей среды в металлургии», изучающих курс «Основы автоматизации технологических процессов, очистки газов и воды». 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС),2001 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Лабораторная работа 1 
ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ 
6 

Лабораторная работа 2 
ПИРОМЕТРИЧЕСКИЕ МИЛЛИВОЛЬТМЕТРЫ 
16 

Лабораторная работа 3 
АВТОМАТИЧЕСКИЕ ПОТЕНЦИОМЕТРЫ 
24 

Лабораторная работа 4 
ТЕРМОМЕТРЫ СОПРОТИВЛЕНИЯ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ 
МОСТЫ 
33 

Лабораторная работа 5 
ПИРОМЕТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ 
42 

Лабораторная работа 6 
МАНОМЕТРЫ И ДИФМАНОМЕТРЫ. ДИСТАНЦИОННЫЕ 
СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ПОКАЗАНИЙ 
57 

Лабораторная работа 7 
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА И ЖИДКОСТИ 
70 

Лабораторная работа 8 
АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ СОСТАВА 
МЕТАЛЛА 
81 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Градуировочная характеристика 

термоэлектрического термометра градуировки ХА.... 8 5 
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Градуировочная характеристика 

термоэлектрического термометра градуировки ХК.... 86 
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Исходные коэффициенты расходастандартных 

диафрагм и сопл 
86 

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Номограммы для определения поправочного 

множителя на расширение струи 
87 

3 

Предисловие 

Цель лабораторного практикума - изучение методики технических измерений. Каждая работа выполняется в течение 2 часов 
бригадой, состоящей из 2 студентов. 

До начала выполнения практикума преподавателем проводится инструктаж по правилам техники безопасности, относящимся к 
работе с экспериментальными установками и напряжением до 
1000 В. Перед началом лабораторной работы студенты должны ознакомиться с приборами по представленным на стенде наглядных пособий (см. схему на с. 5) образцам, используя описание работы и 
схему установки. Приступать к измерениям следует лишь после того, 
как будут составлены схемы соединений и усвоена последовательность проведения экспериментов. 

Студентам запрещается включать электрический ток, воздух, 
воду и газ, не получив на это разрешения преподавателя или лаборанта. Запрещается производить переключения и ремонт приборов, 
включенных в электросеть. Каждый студент должен производить с 
достаточной точностью и тщательностью необходимые записи, связанные с наблюдениями, расчетами, составлением схем и замечаниями до ходу работы. 

л 

ЛАТР 

Схема лабораторного щита: А - амперметр; В - вольтметр; 

ИО - излучающий объект, Л - логометр; ЛАТР - лабораторный 

автотрансформатор; MB - милливольтметр; Н1, ГО и НЗ - электронагреватели; 

НП1. НТО - напоромеры; Р - ротаметр; СП - стационарный 

фотоэлектрический пирометр; Т1 - контрольная термопара; 

Т2 - изучаемая термопара; ТСМ - медный термометр сопротивления; 

ЭМ - электронный автоматический мост; ЭП - электронный 

потенциометр 

5 

Лабораторная работа 1 

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТЕРМОМЕТРЫ 

1.1. Цель работы 

Изучить устройство термоэлектрических термометров (термопар), принцип действия потенциометров и методику измерения 
температуры комплектом, состоящим из термопары и переносного 
потенциометра. 

1.2. Теоретическое введение 

1.2.1. Термоэлектрические 
термометры 

Термоэлектрический термометр (термопара) - это измерительный преобразователь, предназначенный для измерения температуры на основе термоэлектрического эффекта и состоящий из двух 
разнородных проводников в керамической изоляции, имеющих рабочий спай. 

Схема термоэлектрической цепи приведена на рис. 1.1. Она 
состоит из термопары с термоэлектродами А и В, измерительного 
прибора ИП, медных соединительных проводов С и компенсационных проводов Ai и Вь Рабочий спай подвергается воздействию измеряемой температуры t2, а свободные концы находятся при температуре/,. 

ИП 

А 
h 
А, 
к 
С 

h 
< 
< 

В 
h 
в, 
к 

Рис. 1.1 

С 

При h = to развиваемая термопарой термоэлектродвижущая 
сила (термо-э.д.с.) определяется уравнением 

Ялв('2>'1) = еАв('2)-еАв('1). 
(11) 

где еАв (0 - разности потенциалов проводников А и В при соответствующей температуре. 

Таким образом, термо-э.д.с. термопары является функцией 
температуры ее рабочего спая и свободных концов. Когда t\ = О, зависимость £дв (/2; 0) =/(/) называют градуировочной характеристикой термопары. Ее получают экспериментально, измеряя термо-э.д.с. 
при известной температуре рабочего спая и поддерживая свободные 
концы при 0 °С. 

Если t\ Ф 0 °С, то для определения температуры в измерение 
термо-э.д.с. следует ввести поправку на основе соотношения 

ЕАВ(Ь, /I) = £АВ('2, 0) - £АВ('2, 0) . 
(1.2) 

В производственных условиях для устранения необходимости 
введения поправок в термоэлектрических цепях применяют так называемые компенсационные провода, т.е. разнородные провода, которые в 
паре между собой развивают такую же термо-э.д.с, как и электроды 
термопары в интервале от 0 до 100 °С, но имеют меньшую стоимость. 

Наибольшее распространение получили термопары стандартных градуировок: платинородий - платина (1111); хромель-алюмель 
(ХА) и хромель - копель (ХК). Платинородий-платиновые термопары 
применяют для измерения температуры до 1500 °С, хромель алюмелевые - до 1000 °С и кратковременно до 1300 °С; хромель копелевые - до 600 °С и кратковременно до 800 °С. Электроды 
платинородий-платиновых термопар изготавливают из проволоки 
диаметром до 0,5 мм; электроды стандартных хромель-алюмелевых и 
хромель-копелевых термопар - из проволоки диаметром 0,7 ... 3,2 мм. 
Электроды изолируют друг от друга фарфоровыми трубками и 
помещают в защитный чехол. Для платинородий-платиновых 
термопар применяют защитные чехлы из фарфора или карборунда, 
для хромель - алюмелевых и хромель - Копелевых - из жароупорной 
стали. В головке термопары 
помещается 
пластмассовая 
или 
фарфоровая панель с клеммами, к которым изнутри присоединяют 
электроды 
термопары, 
а 
снаружи 
- 
соединительные 
или 
компенсационные провода (последние - с соблюдением полярности). 

7 

Для измерения очень высокой температуры (более 1600 °С) 
применяют термопары из тугоплавких материалов: платинородий платинородий, вольфрам-рений, вольфрам-молибден и др. 

В комплекте с термопарами работают показывающие и регистрирующие приборы - потенциометры и милливольтметры. 

1.2.2. Переносной потенциометр 

Потенциометрический или компенсационный метод измерения термо-э.д.с. основан на том, что сигнал термопары уравновешивается равным по величине, но обратным по знаку напряжением от 
вспомогательного источника тока, которое затем измеряется с большой точностью. В потенциометре с ручной компенсацией (рис. 1.2) 
имеется источник питания Б, регулировочное сопротивление Re для 
установки рабочего тока, реохорд Rp со скользящим контактом С, 
сопротивление нормального элемента /?„» гальванометр НП, являющийся нуль-прибором, нормальный элемент НЭ. 

~'^3 л Ф" 7 

л? 

"*tyF 

Рис. 12 

8 

Электродвижущая сила нормального элемента строго постоянна и равна при / = 20°С 1,0185 В. Термопара включается таким 
образом, чтобы развиваемая ею термо-э.д.с. была направлена навстречу э.д.с. сухого элемента Б. 

Перед началом измерений стандартизуют ток сухого элемента (установка рабочего тока /р в цепи реохорда). Для этого переключателем П замыкают контакт К и ползунком сопротивления R& регулируют ток в цепи батареи Б до тех пор, пока падение напряжения на 
сопротивлении Rm не сравняется с э.д.с. нормального элемента, т.е. 
будет отсутствовать ток в цепи НЭ. При этом стрелка нуль-прибора 
НП займет нулевое положение. Необходимость в периодической регулировке рабочего тока возникает из-за непостоянства напряжения 
источника питания Б. 

Для измерения переключатель П ставят в положение И; отключается цепь НЭ и подключается цепь термопары. Перемещением 
подвижного контакта С вдоль реохорда Rp находят такое положение, 
при котором падение напряжения на участке ВС уравновесит развиваемую термопарой термо-э.д.с. (/,* = Ет.. Тогда в контуре электрической цепи термопары не будет проходить ток и стрелка НП займет 
нулевое положение. Ток в цепи реохорда 

/ р = ^ , 
(1.3) 

следовательно, в момент компенсации термо-э.д.с. справедливо соотношение 

Er-IpRn^^-R*, 
(1.4) 

т.е. измеренная величина термо-э.д.с. пропорциональна величине R^, 
так как значения Ею и /?„, постоянны. В момент измерения ток в цепи 
отсутствует, и потому сопротивления проводов, термопары не оказывают влияния на результат измерения. 

Реохорд потенциометра градуируют в милливольтах (мВ). В 
показания переносных потенциометров следует вводить поправку на 
температуру свободных концов термопары. 

9